JP2657078B2 - Highly efficient mode-harmonic solid-state laser with lateral pumping - Google Patents

Highly efficient mode-harmonic solid-state laser with lateral pumping

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JP2657078B2
JP2657078B2 JP63240633A JP24063388A JP2657078B2 JP 2657078 B2 JP2657078 B2 JP 2657078B2 JP 63240633 A JP63240633 A JP 63240633A JP 24063388 A JP24063388 A JP 24063388A JP 2657078 B2 JP2657078 B2 JP 2657078B2
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Description

【発明の詳細な説明】 関連特許出願 本願出願は、1985年5月1日に出願された特許出願Se
r.No.730,002、即ち1987年3月24日付で交付された現在
の米国特許第4,653,056号のCIPである1985年12月19日出
願の特許出願Ser.No.811,546、即ち1987年4月7日付で
交付された現在の米国特許第4,656,635号のCIPとして19
87年4月7日に出願された特許出願Ser.No.035,530のCI
Pである。
Detailed Description of the Invention Related patent application The present application is a patent application filed on May 1, 1985
r.No. 730,002, the CIP of U.S. Pat. No. 4,653,056, issued on Mar. 24, 1987, which is a patent application Ser. No. 811,546 filed on Dec. 19, 1985; As a CIP for the current U.S. Patent No.
CI of patent application Ser.No.035,530 filed on April 7, 1987
P.

発明の背景 本発明は、一般的には固体レーザの共振器空胴の設計
に係わり、より特定的にはダイオードでポンピングされ
る固体レーザの共振器空胴の設計に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to the design of solid-state laser cavity cavities, and more particularly to the design of diode-pumped solid-state laser cavities.

従来の光ポンピング式固体レーザは、広帯域アーク燈
又は閃光電球を用いて共振空胴内の固体レーザ媒質を側
方又は横方向でポンピングする。ポンピング方向は横方
向、即ち共振空胴の長手方向軸線と直交する方向であ
る。媒質のポンピングは、ポンプ体積とレーザ空胴によ
って規定されるTEMooモード体積との間に相応関係が余
り存在しないように全体的に行われる。動作はTEMooモ
ードが望ましい。エネルギの多くはレーザモードによっ
て占められる容量の外側の媒質領域内に与えられるた
め、レーザ光線の増幅には寄与しない。従ってポンピン
グ効率は低い(通常は数%)。
Conventional optically pumped solid-state lasers use a broadband arc or flash bulb to laterally or laterally pump a solid-state laser medium in a resonant cavity. The pumping direction is transverse, that is, perpendicular to the longitudinal axis of the resonant cavity. The pumping of the medium takes place entirely such that there is not much correspondence between the pump volume and the TEMoo mode volume defined by the laser cavity. The operation is desirably in TEMoo mode. Much of the energy is provided in the region of the medium outside the volume occupied by the laser mode and does not contribute to the amplification of the laser beam. Therefore, the pumping efficiency is low (usually several%).

レーザダイオードは効果的なポンピング源を構成し、
様々なタイプのレーザダイオード、特に、互いにフェー
ズロックされた複数のエミッタを含むSpectra Diode La
bs Model No.2410 GaAlAsレーザダイオードアレイのよ
うなレーザダイオードアレイ、並びにSony Model Nos.S
LD 301,302,303,304 V/Wのような拡張エミッタレーザダ
イオードが作用可能であり、又はこれまでに使用されて
きた。米国特許第4,653,056号及び第4,656,635号、並び
に1987年3月24日出願の特許出願Serial No.029,836及
び1987年4月7日出願のSerial No.035,530には、レー
ザダイオード源により先端で長手方向にポンピングされ
る固体レーザであって、ポンピング効率を最適化すべく
ポンプ容量を所望のTEMooモード体積に調和させるよう
になっているレーザが開示されている。先端で長手方向
にポンピングする構造ではポンピング方向が共振器空胴
の長手方向軸線と合致するため、この方向をレーザモー
ド体積に調和させることができる。1987年5月12日に交
付された米国特許第4,665,529号及び1987年5月12日出
願の特許出願Serial No.048,717には、レーザを先端で
長手方向にポンピングすると共にモードを調和させるべ
く、レーザダイオード源が光ファイバによってレーザロ
ッドに結合される固体レーザダイオードが開示されてい
る。固体レーザは小型で廉価で性能の高いものを製造す
るのが望ましい。
Laser diodes constitute an effective pumping source,
Various types of laser diodes, especially Spectra Diode La, including multiple emitters phase locked to each other
bs Model No.2410 Laser diode array such as GaAlAs laser diode array, and Sony Model Nos.S
Extended emitter laser diodes such as LD 301, 302, 303, 304 V / W are operable or have been used. U.S. Pat.Nos. 4,653,056 and 4,656,635, as well as patent application Serial No. 029,836 filed on March 24, 1987 and Serial No. 035,530 filed on April 7, 1987, have a laser diode source that extends longitudinally at the tip. A pumped solid state laser is disclosed that matches the pump volume to a desired TEMoo mode volume to optimize pumping efficiency. In a longitudinally pumped configuration at the tip, the pumping direction coincides with the longitudinal axis of the cavity and this direction can be matched to the laser mode volume. U.S. Pat. No. 4,665,529, issued May 12, 1987 and Serial No. 048,717, filed May 12, 1987, describe a method for longitudinally pumping a laser at the tip and harmonizing modes. A solid state laser diode in which a diode source is coupled to a laser rod by an optical fiber is disclosed. It is desirable to produce solid state lasers that are small, inexpensive and of high performance.

このように、共振器/ポンプ構造はレーザの設計及び
性能に関する重要な特徴の1つである。側方ポンピング
構造はモード調和が不可能であるため効果的ではない。
レーザダイオードを使用する先端ポンピング構造はモー
ド調和が可能であるため高い効率が得られる。しかしな
がら、従来のレーザダイオードは出力が通常1W以下に限
定されることが多かった。また、出力のより高いレーザ
ダイオード源を用いても、先端ポンピング構造では使用
できるエネルギ量に限界があるためレーザの出力が限定
される。これは、利得媒質のポンプ領域の出力密度が高
くなり過ぎて、発生した熱を除去することができなくな
るためである。そこで、側方ポンピングはより多くのエ
ネルギを媒質中に送給することができ、モード調和はポ
ンプエネルギをより効果的に使用するという理由から、
横方向又は側方ポンプ構造と、TEMooモード体積に対す
るポンプ容量のモード調和とを組合わせて用いる共振器
構造の実現が望ましいということになる。
Thus, the resonator / pump structure is one of the key features for laser design and performance. Lateral pumping structures are not effective because mode coordination is not possible.
The tip pumping structure using a laser diode can achieve high efficiency because it can modulate the mode. However, the output of the conventional laser diode is usually limited to 1 W or less. Even with a higher power laser diode source, the tip pumping structure limits the amount of energy that can be used, thus limiting the laser output. This is because the output density of the pump region of the gain medium becomes too high, and the generated heat cannot be removed. So, side-pumping can deliver more energy into the medium, and mode-harmonic uses pump energy more effectively,
It would be desirable to realize a resonator structure that uses a combination of a lateral or lateral pump structure and mode matching of pump capacity to TEMoo mode volume.

別のタイプのレーザダイオードとして、複数のレーザ
ダイオードアレイを1つの多重素子バー構造状に構成し
たものがある。この種のレーザダイオードアレイバーは
通常、1cmのバーの上に互いに間隔をおいて配置された1
0個の1Wレーザダイオードアレイを含む。各アレイは互
いにフェーズロックされた複数のエミッタを有する。こ
れらのアレイバーは固体レーザの先端ポンピングには不
向きであるが、固体レーザを横方向又は側方でポンピン
グする場合には有用であり得る。しかしながら、これら
のバーをアーク燈の単なる代替物として使用しても、利
益は余りない。そこで、レーザダイオードアレイバーの
出力を固体レーザ材料中で所望のモード体積(TEMoo)
に合わせてモード調和できるようなレーザ共振器/ポン
プ構造を開発する必要がてでくる。
Another type of laser diode is one in which a plurality of laser diode arrays are configured in a single multi-element bar structure. Laser diode array bars of this kind are typically spaced apart from each other on a 1 cm bar.
Includes 0 1W laser diode arrays. Each array has a plurality of emitters phase locked to each other. These array bars are not suitable for solid state laser tip pumping, but may be useful if the solid state laser is to be pumped laterally or laterally. However, there is little benefit to using these bars as mere substitutes for arc lamps. Therefore, the output of the laser diode array bar is set to the desired mode volume (TEMoo) in the solid-state laser material.
Therefore, it is necessary to develop a laser resonator / pump structure capable of mode matching in accordance with the requirements.

発明の概要 以上の理由から本発明は、レーザダイオードにより横
方向でポンピングされ且つモード調和が行われる固体レ
ーザを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION For the above reasons, it is an object of the present invention to provide a solid-state laser that is laterally pumped by a laser diode and mode-tuned.

本発明はまた、レーザダイオードアレイバーによって
ポンピングされるモード調和固体レーザを提供すること
も目的とする。
The present invention also aims to provide a mode-harmonic solid-state laser pumped by a laser diode array bar.

本発明の別の目的は、多重素子レーザダイオードポン
プ源によって効果的なモード調和ポンピングが行われる
固体レーザ共振器構造を提供することにある。
It is another object of the present invention to provide a solid-state laser resonator structure in which effective mode-harmonic pumping is provided by a multi-element laser diode pump source.

本発明は更に、利得媒質の側方からポンピングが行わ
れるレーザダイオードポンピングモード調和形固体レー
ザを提供することも目的とする。
Another object of the present invention is to provide a laser diode pumping mode harmonic solid-state laser in which pumping is performed from the side of the gain medium.

また、利得媒質の側面に沿って互いに間隔をおいて配
置された複数のレーザダイオードポンプ源がTEMooモー
ドに合わせてモード調和される固体レーザも本発明の目
的の1つである。
Another object of the present invention is a solid-state laser in which a plurality of laser diode pump sources spaced apart from each other along the side surface of the gain medium are mode-tuned to the TEMoo mode.

本発明は、レーザ材料ブロックの横断方向面又は側方
面に沿って配置され且つ共振器のモード体積に合わせて
モード調和される複数の不連続レーザダイオードポンプ
源によってポンピングされる固体レーザに係わる。ポン
プ源は、複数のレーザダイオードアレイを1つの多重素
子バー構造に構成したものが好ましい。この固体レーザ
の効果的な光ポンピングは、固体レーザ材料中で、急な
角度で折曲げたジグザグ状の空胴構造内でアレイ出力を
TEMooモードにモード調和させることによって達成され
る。共振器を利得媒質の一対の横断方向面又は側面の間
で鋭角に折曲げたジグザグの形状に構成すると、ポンプ
放射線を長手方向でモード体積内に送ることができる。
即ち、横長手方向ポンプ構造が得られる。モード調和
は、空胴モード体積をレーザダイオード発光の拡散に調
和させることにより達成される。ダイオードの発光を1
つの方向(ダイオードバー/レーザ利得媒質の接合部分
と直角な方向)で実質的に平行化させるためには、円柱
コリメータレンズ、好ましくは或る長さの光ファイバ
を、精密スペーサ手段によってダイオードバーから平行
に間隔をおいて配置する。前記ファイバの直径は、ポン
プ領域がレーザモードの大きさと調和するように選択す
る。もう一方の方向(共振器の平面上)では、レーザダ
イオード発光の拡散(しばしば2つのローブパターンを
有する)を、固体レーザダイオード材料ブロックを通る
TEMooビームのジグザグ軌道の折曲げ角度に調和させる
ようにする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a solid state laser pumped by a plurality of discontinuous laser diode pump sources located along the transverse or lateral faces of a block of laser material and mode-tuned to the mode volume of the resonator. The pump source is preferably one in which a plurality of laser diode arrays are configured in one multi-element bar structure. The effective optical pumping of this solid-state laser provides an array output in a zig-zag cavity that is bent at sharp angles in the solid-state laser material.
Achieved by mode matching to TEMoo mode. The configuration of the resonator in a zigzag shape with sharp bends between a pair of transverse surfaces or sides of the gain medium allows pump radiation to be transmitted longitudinally into the mode volume.
That is, a horizontal longitudinal pump structure is obtained. Mode matching is achieved by matching the cavity mode volume to the diffusion of the laser diode emission. Light emission of diode 1
To collimate substantially in one direction (perpendicular to the junction of the diode bar / laser gain medium), a cylindrical collimator lens, preferably a length of optical fiber, is removed from the diode bar by precision spacer means. Place them in parallel and spaced apart. The diameter of the fiber is chosen so that the pump area is consistent with the size of the laser mode. In the other direction (on the plane of the resonator), the diffusion of the laser diode emission (often with two lobe patterns) passes through the solid-state laser diode material block.
Match the bending angle of the zigzag trajectory of the TEMoo beam.

以下、添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発
明をより詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to non-limiting specific examples based on the accompanying drawings.

好適具体例 本発明は、平均出力の高いレーザダイオードバーを固
体レーザ能動媒質に効果的に結合する共振器/ポンプ構
造を有する固体レーザに係わる。本発明の固体レーザ
は、レーザダイオード材料ブロックの横断方向面もしく
は側面に沿って配置したレーザダイオードバーをTEMoo
モード体積に調和させることができるように、レーザ材
料ブロック内に鋭角なジグザグ構造を有するレーザ空胴
を使用する。この固体レーザ発振器では、レーザのTEMo
oモードとダイオードバーによってポンピングされる領
域との間の重なりを、任意の簡単なコリメータ光学素子
と共振器空胴の折曲げ角度とによって最適化する。共振
器空洞をジグザグにすれば、共振器の長手方向軸線をレ
ーザ材料ブロックの横断方向面又は側面に対して平行で
はなくほぼ直角にすることができるため、共振器空胴の
ポンピングを単に先端からだけではなく、側面に沿って
複数の間隔をおきながら長手方向に行うことができる。
Preferred Embodiments The present invention relates to a solid state laser having a resonator / pump structure that effectively couples a high average power laser diode bar to a solid state laser active medium. The solid state laser of the present invention uses a laser diode bar placed along the transverse plane or side of the laser diode material block to TEMoo.
A laser cavity having a sharp zigzag structure in the laser material block is used so that it can be matched to the modal volume. In this solid-state laser oscillator, the laser TEMo
o The overlap between the mode and the area pumped by the diode bar is optimized by any simple collimating optics and the bending angle of the cavity. The zigzag resonator cavity allows the longitudinal axis of the resonator to be substantially perpendicular to the transverse plane or sides of the laser material block rather than parallel, so that the pumping of the cavity is simply done from the tip. Not only that, it can be performed in the longitudinal direction at a plurality of intervals along the side surface.

第1図に示す固体レーザ10はNd:YAGブロック12又は他
の固体レーザ材料で構成されている。ブロック12の周り
には、ブロック12内に延在するレーザ空胴を形成すべ
く、レーザ空洞構成手段、例えばレーザ光線反射率の高
い鏡14及びレーザ光線を部分的に透過する出力結合鏡16
が配置される。鏡14、16はブロック12内の共振空洞構造
がブロック12の一対の対向側面20、22の間で所定の折曲
げ角度で密に折曲げられたジグザグ18になるように、ブ
ロック12に対して角度をもって配置される。第1図では
鏡14、16がブロック12に対していずれも同じ側に位置し
ているが、これらの鏡は互いに反対の側に配置してもよ
い。側面20、22は適当な反射防止(AR)コーティングで
被覆し、レーザ光を反射してブロック12に送り返す側面
20、22部分には高反射(HR)コーティングを構成する別
のコーティング層も付与する。第1図ではレーザ光が入
る地点と出る地点との間の側面20部分がHRコーティング
を有するが、側面22全体をHRコーティングで被覆しても
よい。これらのコーティングについては後で詳述する。
側面22に沿って配置されたダイオードバー24はポンピン
グ源を構成する。このダイオードバー24はその長さに沿
って互いに間隔をおいて配置された複数の別個のレーザ
ダイオードアレイ26を含む。バー24のレーザダイオード
アレイ26からの発光は、ファイバレンズコリメータ28を
用いて、且つ共振器のジグザグ部分18の折曲げ角度を後
述のようにダイオードアレイ26からの光の拡散に調和す
るように選択することによって、レーザ10のモード体積
に適合させる。後述のように、空胴内素子36も任意に使
用し得る。場合によっては、コリメータ28を省略してダ
イオードアレイ26をブロック12に当接させてもよい。
The solid-state laser 10 shown in FIG. 1 is composed of a Nd: YAG block 12 or another solid-state laser material. Around the block 12, laser cavity forming means, such as a mirror 14 having a high laser beam reflectivity and an output coupling mirror 16 partially transmitting the laser beam, to form a laser cavity extending into the block 12.
Is arranged. The mirrors 14 and 16 are moved relative to the block 12 so that the resonant cavity structure in the block 12 becomes a zigzag 18 that is tightly bent at a predetermined bending angle between the pair of opposed side surfaces 20 and 22 of the block 12. They are arranged at an angle. In FIG. 1, the mirrors 14, 16 are both located on the same side of the block 12, but they may be located on opposite sides. Sides 20 and 22 are coated with a suitable anti-reflection (AR) coating to reflect the laser light back to block 12
Parts 20 and 22 are also provided with another coating layer that constitutes a high reflection (HR) coating. In FIG. 1, the portion of the side surface 20 between the point where the laser beam enters and the point where the laser beam exits has an HR coating, but the entire side surface 22 may be covered with the HR coating. These coatings are described in more detail below.
A diode bar 24 arranged along side 22 constitutes a pumping source. The diode bar 24 includes a plurality of separate laser diode arrays 26 spaced from one another along its length. The light emission from the laser diode array 26 of the bar 24 is selected using a fiber lens collimator 28 and the bending angle of the zigzag portion 18 of the resonator is adjusted to match the diffusion of light from the diode array 26 as described below. By doing so, it is adapted to the mode volume of the laser 10. As described below, the intra-cavity element 36 may optionally be used. In some cases, the collimator 28 may be omitted and the diode array 26 may be brought into contact with the block 12.

この基本的具体例の一変形例として、固体レーザのポ
ンピングに一対のダイオードバーを用いる構造を第2図
に示した。レーザ材料ブロック12の各側面20、22に沿っ
て別個のダイオードバー24を1つずつ配置し、ブロック
12内の共振器のジグザグ部分18をポンピングするのであ
る。高反射鏡14及び出力結合器16は共振空胴を形成すべ
くブロック12を挟んで互いに反対の側に配置し、且つ所
望の折曲げ角度が得られるように配向する。各ダイオー
ドバーは複数の別個のダイオードアレイ26を含み、これ
らのダイオードアレイからの光はファイバレンズ28によ
って平行化される。前述の基本的具体例は他にも様々な
変形が可能であり、例えば、ダイオードバーを1つ、2
つ、3つ又はそれ以上用いて、それらをレーザ材料ブロ
ックの片側又は両側に配置することもできる。空胴形成
鏡はブロックに対して総て同じ側に配置するか、又は互
いに反対の側に配置し得る。共振器内の折曲げ部は全部
をレーザダイオードアレイによってポンピングすること
もでき、又は1つおきもしくは3つおき等のようにポン
ピングしてもよい。これらの折曲げ部のポンピングは片
側でけで又は両側から行い得る。
As a modification of the basic specific example, FIG. 2 shows a structure in which a pair of diode bars are used for pumping a solid-state laser. A separate diode bar 24 is placed along each side 20, 22 of the laser material block 12,
Pumping the zigzag portion 18 of the resonator in 12. The high reflector 14 and the output coupler 16 are located on opposite sides of the block 12 to form a resonant cavity and are oriented to provide the desired bending angle. Each diode bar includes a plurality of separate diode arrays 26, and light from these diode arrays is collimated by fiber lenses 28. The basic example described above can be modified in various other ways, for example, one diode bar, two
One, three or more may be used and placed on one or both sides of the laser material block. The cavity-forming mirrors can be located all on the same side of the block or on opposite sides. The folds in the cavity may be pumped entirely by the laser diode array, or may be pumped every other or every third and so on. Pumping of these folds can be performed on one side only or from both sides.

この共振器構造の大きな利点は、ポンプ体積を共振器
のモード体積に極めて良く調和させることができる点に
ある。共振器のモード体積は鏡14、16の位置及び形状に
よって決定される。TEMooモードは単一ローブパターン
を有するために極めて望ましい。この共振器構造では、
複数の不連続ポンピング源、好ましくは1つの多重素子
ダイオードに沿って互いに間隔をおいて配置された複数
の別個のダイオードアレイを、1つの側面又は一対の対
向側面に沿って配置することができるため、ポンピング
され得るレーザ利得媒質部分が大幅に増加し、また総て
のダイオードアレイのポンピング容量を共振器の所望の
モード体積に調和させることによって最大の効率を得る
ことができる。その結果、効率及び利得の極めて高い構
造が得られる。
A great advantage of this resonator structure is that the pump volume can be very well matched to the mode volume of the resonator. The mode volume of the resonator is determined by the position and shape of the mirrors 14,16. TEMoo mode is highly desirable because it has a single lobe pattern. In this resonator structure,
A plurality of discrete pumping sources, preferably a plurality of separate diode arrays spaced apart from one another along one multi-element diode, can be arranged along one side or a pair of opposing sides. The portion of the laser gain medium that can be pumped is greatly increased, and maximum efficiency can be obtained by matching the pumping capacity of all diode arrays to the desired mode volume of the resonator. As a result, a structure with extremely high efficiency and gain is obtained.

好ましい一具体例として、前記レーザダイオードバー
は1cmのGaAs片上に配置された10個の1Wダイオードアレ
イを含む。個々のアレイは幅が200ミクロンであり、1mm
間隔で配置される。このようなダイオードバーが好まし
い理由は、(1)バー上の総てのダイオードレーザが同
一の単一結晶GaAs片上に製造されることから、これらの
ダイオードレーザの波長が極めてよく調和し、(2)ダ
イオードが1mm間隔で配置されるため基板の熱負荷が減
少し、且つ(3)単一バー上に多数のダイオードを組合
わせて配置するため充填費用が節減されると共に生産率
が増加するという点にある。但し、これとは異なるダイ
オードバー構成も可能であり、例えば個々のアレイの個
数又は相互間隔を変えてもよく、あるいは、多数の別個
のアレイを含むダイオードバーの代わりに、複数の別個
のダイオードアレイをブロック側面に沿って配置するこ
ともできる。ダイオードアレイはしばしば、バーの平面
と直角の方向でより大きく拡散しながら2つのローブパ
ターンを有する。前記拡散は典型的にはバーの平面上で
7゜の全角(ローブからローブ)、即ち約0.15の開口数
(N.A.)を有し、バーと直角の平面上では約28゜、即ち
0.6N.A.を有する。従って、ポンプビームをバーの平面
と直角の方向でモード体積に調和させることはより困難
であり、幾つかの補足的光学手段を必要とする。
In one preferred embodiment, the laser diode bar includes an array of ten 1W diodes located on a 1 cm piece of GaAs. Individual arrays are 200 microns wide and 1 mm
They are arranged at intervals. Such diode bars are preferred because (1) the wavelengths of these diode lasers are very well matched, since all diode lasers on the bar are fabricated on the same single crystal GaAs piece, (2) And (3) reduce the thermal load on the substrate because the diodes are arranged at 1 mm intervals, and (3) reduce the filling cost and increase the production rate because multiple diodes are combined and arranged on a single bar. On the point. However, different diode bar configurations are possible, e.g., the number or spacing of the individual arrays may vary, or a plurality of separate diode arrays may be used instead of a diode bar containing a number of separate arrays. Can be arranged along the side surface of the block. Diode arrays often have two lobe patterns with greater diffusion in a direction perpendicular to the plane of the bar. The diffusion typically has a full angle (lobe to lobe) of 7 ° on the plane of the bar, or about 0.15 numerical aperture (NA), and about 28 ° on a plane perpendicular to the bar, ie, about 28 °.
Has 0.6NA. Therefore, matching the pump beam to the modal volume in a direction perpendicular to the plane of the bar is more difficult and requires some additional optical means.

ダイオードバーの出力を平行化する好ましい方法の1
つに、光ファイバを円柱レンズとして使用する方法があ
る。典型的共振器構造は幅200〜300ミクロンのビームを
有するため、300〜400ミクロンの円柱レンズを使用すれ
ばよい。典型的マルチモード光ファイバは前記程度の直
径を有し、間隔をおいて配置された個々のアレイの総て
を平行化するように配置できさえすれば、廉価なコリメ
ータを構成する。このように、ファイバは単一アレイの
平行化には使用できるが、ここではバー全体の平行化に
ファイバを使用するための手段が必要である。第3A図〜
第3E図は、レーザアレイ26の出力を光ファイバ28で平行
化して固体レーザブロック12内に導入する方法を示して
いる。ダイオードアレイ26は直径約250ミクロンのファ
イバ28から夫々1、10、20、30及び50ミクロンの間隔を
おいて配置されている。前記間隔が1、10及び50ミクロ
ンの場合には、ビームの平行化は十分ではない。従っ
て、ダイオードバー上のアレイの平行化に光ファイバを
使用するためには、ファイバをバーの全長にわたって30
±10ミクロン(即ち約20〜40ミクロン)の間隔で保持し
なければならないことになる。
One of the preferred ways to collimate the output of the diode bar
One is to use an optical fiber as a cylindrical lens. Since a typical resonator structure has a beam 200-300 microns wide, a 300-400 micron cylindrical lens may be used. A typical multimode optical fiber has such a diameter and constitutes an inexpensive collimator as long as it can be arranged to collimate all of the spaced individual arrays. Thus, the fibers can be used to collimate a single array, but here means are needed to use the fibers to collimate the entire bar. Fig.3A ~
FIG. 3E shows a method in which the output of the laser array 26 is collimated by the optical fiber 28 and introduced into the solid-state laser block 12. Diode array 26 is spaced 1, 10, 20, 30, and 50 microns from fiber 28, which is approximately 250 microns in diameter. For said spacings of 1, 10 and 50 microns, beam collimation is not sufficient. Therefore, in order to use optical fibers for collimating the array on the diode bar, the fibers must be extended over the entire length of the bar by 30
It must be held at intervals of ± 10 microns (ie, about 20-40 microns).

第4図に示すように光ファイバ28は、各レーザダイオ
ード26からの出力を実質的に平行化して、YAGブロック1
2の側面22に入射するポンプビーム30にすべく、ダイオ
ードバー24から距離をおいて配置する。側面22は、ポン
プ放射線(通常約800nm)に対しては大きな透過性を示
すがレーザ放射線は反射するようなコーティングを有す
る。ファイバ28の直径は、レーザビーム32の直径にほぼ
適合する(該直径よりやや小さい)直径を有するポンプ
ビーム30が発生し、このポンプビームが1つの方向(共
振器の平面と直角の方向)でモード体積にモード調和さ
れるように選択する。ダイオードバー24に対するファイ
バ28の配置は、精密スペーサ手段29、例えば銅製の段付
きヒートシンクを使用し、放射線が平行になるようにダ
イオードアレイ26に焦点を合わせて行う。精密スペーサ
手段29は、総てのアレイ26の出力を平行化して1つの光
線にすべく、ファイバ28をバー24の全長にわたってバー
24から正確に平行な距離をおいた状態に保持する。通常
は、ダイオードバーとファイバとの間の間隔を約20〜40
ミクロン、ダイオードバーとYAGブロックとの間の間隔
を約450ミクロンにする。光ファイバはビームを分散さ
せる球面収差を有するため完璧なコリメータではない
が、ポンプエネルギは比較的短い距離でレーザ媒質中に
吸収されるため(吸収長さ)、前記ビームの分散は無視
し得る程度である。また、光ファイバはここに記載の方
法で正確に配置すれば、極めて効果的なコリメータとし
て機能する。このようなコリメータ付きレーザダイオー
ドバー自体も本発明の一部分と見なされる。
As shown in FIG. 4, the optical fiber 28 substantially parallelizes the output from each laser diode 26 and
It is arranged at a distance from the diode bar 24 so as to make the pump beam 30 incident on the second side surface 22. Side 22 has a coating that is highly transparent to pump radiation (typically about 800 nm) but reflects laser radiation. The diameter of the fiber 28 results in a pump beam 30 having a diameter approximately matching (slightly smaller than) the diameter of the laser beam 32, the pump beam being oriented in one direction (perpendicular to the plane of the resonator). Select to be mode-harmonic to the mode volume. The placement of the fiber 28 with respect to the diode bar 24 is accomplished using precision spacer means 29, such as a copper stepped heat sink, focused on the diode array 26 so that the radiation is parallel. A precision spacer means 29 extends the fiber 28 over the entire length of the bar 24 to collimate the output of all arrays 26 into a single beam.
Maintain exactly parallel distance from 24. Typically, the spacing between the diode bar and the fiber should be about 20-40
Microns, the spacing between the diode bar and the YAG block is about 450 microns. Optical fibers are not perfect collimators because they have a spherical aberration that disperses the beam, but because the pump energy is absorbed into the laser medium over a relatively short distance (absorption length), the dispersion of the beam is negligible. It is. Also, the optical fiber can function as an extremely effective collimator if properly positioned in the manner described herein. Such collimated laser diode bars themselves are considered part of the present invention.

ファイバを光学コリメータとして含むレーザダイオー
ドバー24の好ましい一具体例を第5図に示した。スペー
サ手段29は銅その他の多段式ヒートシンク38からなる。
複数のアレイ26を含むダイオードバー24は段40の上に配
置され、ファイバ28はその下の段42上に配置される(例
えばエポキシ樹脂で接着される)。段40及び42は中間段
44によって分離され、ファイバ及びダイオード間の正確
な作動間隔(約30ミクロン)をバー24の全長(約1cm)
にわたって保持すべく、ファイバ28が前記中間段に当接
して配置される。ファイバの直径は典型的には約250〜3
50ミクロンであるが、アレイを平行化すべくモード体積
に応じて他の適当なマルチモードファイバの直径を有し
得る。第5図のコリメータ付きレーザダイオードバーの
2つの具体例を第6図及び第7図に示した。第6図では
ファイバ28を配置するための段42、44がスペーサ29(ヒ
ートシンク38)の全長にわたって形成されており、第7
図では段42、44がスペーサ29の端部46にのみ形成されて
いる。ダイオードアレイ26は段40上に形成又は配置され
ている。アレイ26からのポンプビーム30は1つの方向で
は平行化されるが、もう一方の方向にはやはり2つのロ
ーブ放散を有する。ファイバをダイオードバーから正確
な距離をおいて配置しておくための別の方法として、UV
硬化性エポキシを用いてダイオードバーとファイバとの
間隔を調節し且つ平行化が可能になった時点でUVを作用
させる方法がある。バーの全長(1cm)にわたって±10
ミクロンの誤差で端−端距離を維持できるものであれ
ば、どのような精密スペーサ又は調整手段を使用しても
よい。
One preferred embodiment of a laser diode bar 24 that includes a fiber as an optical collimator is shown in FIG. The spacer means 29 comprises a copper or other multi-stage heat sink 38.
The diode bar 24, which includes the plurality of arrays 26, is placed on a step 40, and the fibers 28 are placed on a step 42 below (e.g., glued with epoxy). Stages 40 and 42 are intermediate stages
The exact working distance between the fiber and diode (about 30 microns), separated by 44, the full length of the bar 24 (about 1 cm)
A fiber 28 is placed against the intermediate stage to hold over. Fiber diameter is typically about 250-3
50 microns, but may have other suitable multimode fiber diameters depending on the mode volume to collimate the array. FIGS. 6 and 7 show two specific examples of the laser diode bar with a collimator of FIG. In FIG. 6, steps 42, 44 for placing the fiber 28 are formed over the entire length of the spacer 29 (heat sink 38).
In the figure, steps 42 and 44 are formed only at the end 46 of the spacer 29. Diode array 26 is formed or arranged on stage 40. The pump beam 30 from the array 26 is collimated in one direction but also has two lobe divergence in the other direction. Another way to keep the fiber at a precise distance from the diode bar is to use UV
There is a method in which the distance between the diode bar and the fiber is adjusted by using a curable epoxy, and UV is applied when parallelization becomes possible. ± 10 over bar length (1cm)
Any precision spacer or adjustment means may be used as long as the end-to-end distance can be maintained with a micron error.

ポンプビームは前述のごとく一方向でモード調和させ
たら他方向(共振器の平面上)でも調和させなければな
らない。第8図に示すように、個々のダイオードアレイ
26はダイオードバー24上で相互間に距離dをおいて配置
される。この距離は好ましくは1mmである。ポンプビー
ム30はファイバ28により共振器の平面と直交する方向で
平行化されるため、この方向のポンプビームの幅はレー
ザビーム32の幅よりやや小さくなる。共振器の平面上で
は共振器の鋭角折曲げ部分のモード体積がダイオードア
レイ26の拡散に調和する。ダイオードアレイはしばしば
2つのローブ出力を発生させ、一方のローブが折曲げビ
ームのVの各部分に与えられる。モード調和は折曲げ角
度Aの調整によって達成される。レーザビーム32の直径
は典型的には約300ミクロンである。共振器の幾何学的
条件及びビームモード体積は、折曲げ部分のビームが重
なり合わないように、従ってレーザビームがブロック表
面の高反射コーティングの端でレーザ材料ブロックの外
に出られるように考慮して決定する。折曲げ角度Aは極
めて鋭く、通常は5゜である。このような構造は、ジグ
ザグがビームの内部全反射(TIR)によって生じる従来
のジグザグ状スラブレーザとは全く異なる。本発明では
折曲げ角度が鋭角過ぎてTIRは生じない。レーザダイオ
ードビームは、例えばSonyの拡張エミッタレーザダイオ
ードによって生じるような単一ローブであり得る。従っ
て、ビーム32がV間で重なり合うのを回避するような
(即ちVの2つの部分が完全に分離する)距離が特定レ
ーザ媒質中のポンプビーム放射の吸収長さに等しいか又
はそれ以上であるようなジグザグ構造を形成するのが望
ましいことになる。この場合、折曲げ角度はダイオード
アレイの相互間隔と共振器のジグザグ部分からビームを
除去する能力とに依存する。ダイオードは折曲げ部を総
てポンピングする必要はなく、1つおきにポンピングし
てもよい。折曲げ角度は、特に単一ローブポンプビーム
の場合には、ポンプ放射線が利得媒質に吸収されるレー
ザビーム領域で、ポンプビーム方向がレーザビームの長
手方向軸線と最大限に合致するように極めて鋭角にし得
る。折曲げ角度は、TEMooモードでポンプ源の強度分配
を行い且つ重なり合いを最大限にするように、空胴形成
手段によって調整する。
As described above, if the pump beam is mode-harmonic in one direction, it must also be harmonized in the other direction (on the plane of the resonator). As shown in FIG. 8, individual diode arrays
26 are arranged on the diode bar 24 with a distance d therebetween. This distance is preferably 1 mm. Since the pump beam 30 is collimated by the fiber 28 in a direction orthogonal to the plane of the resonator, the width of the pump beam in this direction is slightly smaller than the width of the laser beam 32. On the plane of the resonator, the mode volume of the sharply bent portion of the resonator matches the diffusion of the diode array 26. Diode arrays often produce two lobe outputs, one lobe being provided to each portion of the V of the folded beam. Modal harmonization is achieved by adjusting the bending angle A. The diameter of laser beam 32 is typically about 300 microns. The geometry of the resonator and the beam mode volume are taken into account so that the beams in the bend do not overlap and therefore the laser beam exits the laser material block at the edge of the highly reflective coating on the block surface. To decide. The bending angle A is very sharp, usually 5 °. Such a structure is quite different from a conventional zigzag slab laser in which the zigzag is caused by total internal reflection (TIR) of the beam. In the present invention, the bending angle is too acute and no TIR occurs. The laser diode beam can be a single lobe, such as that caused by Sony's extended emitter laser diode. Accordingly, the distance that avoids the beam 32 from overlapping between V (ie, the two parts of V are completely separated) is equal to or greater than the absorption length of the pump beam radiation in the particular laser medium. It would be desirable to form such a zigzag structure. In this case, the bending angle depends on the mutual spacing of the diode arrays and the ability to remove the beam from the zigzag portion of the resonator. The diodes do not need to pump every bend, but may be pumped every other bend. The fold angle is particularly acute in the region of the laser beam where the pump radiation is absorbed by the gain medium, especially in the case of a single-lobe pump beam, so that the pump beam direction is best aligned with the longitudinal axis of the laser beam. Can be. The fold angle is adjusted by the cavity-forming means to provide intensity distribution of the pump source in TEMoo mode and to maximize overlap.

空胴の設計には、以下の好ましい具体例で明らかにさ
れるように、様々な要因を考慮しなけらばならない。そ
の1つはレーザ材料ブロックである。このブロックは例
えば、全長にわたって波長の1/2の厚みを持つように平
たくした5mmx5mmx20mmのバーで構成し得る。この場合、
折曲げの長さ(2つの側面の間の距離)は通常約5mmに
する。次の要因はレーザビームモード体積である。空胴
形成の鏡の半径は通常100cmであり、これらの鏡はレー
ザブロックから約2cm離して配置する。折曲げが10個
(ブロック全体で20個のパス)の場合には空胴の全長が
約15cmになり、1/e2ビーム直径が約300ミクロンにな
る。300ミクロンのビームは、ダイオードアレイが200ミ
クロンであり且つ最大のポンピング効率を得るためにモ
ード体積に調和できるという理由で望ましい。しかしな
がら、空胴(鏡の半径)を変えれば、例えば、直径100
ミクロンの0.5Wアレイを10個有する0.5cmのダイオード
バーを(より狭い適当なファイバからなるコリメータと
共に)使用した場合には、別の具体例に適した別の大き
さのビームを発生させることができる。
Various factors must be considered in the design of the cavity, as will be demonstrated in the preferred embodiment below. One is a laser material block. This block may consist of, for example, a 5 mm × 5 mm × 20 mm bar that is flattened to have a thickness of 波長 wavelength over its entire length. in this case,
The length of the fold (the distance between the two sides) is usually about 5 mm. The next factor is the laser beam mode volume. The radius of the cavity-forming mirrors is usually 100 cm, and these mirrors are placed approximately 2 cm away from the laser block. With 10 bends (20 passes in the entire block), the total cavity length is about 15 cm and the 1 / e 2 beam diameter is about 300 microns. A 300 micron beam is desirable because the diode array is 200 microns and can be tuned to the mode volume for maximum pumping efficiency. However, if the cavity (mirror radius) is changed, for example, a diameter of 100
Using a 0.5cm diode bar with 10 micron 0.5W arrays (along with a narrower suitable fiber collimator) could produce a different size beam suitable for another embodiment. it can.

ブロックからビームを除去するためには、ビームが非
反射領域(例えばARコーティング領域)を通り且つ高反
射性領域(HRコーティング領域)をかすめるようにしな
ければならない。原則として、大きな回折損を回避する
ためには、開口を1/e2ビーム直径の約3倍にしなければ
ならない。例えば、300ミクロンのTEMooビーム直径の場
合には、最近傍エッジを約500ミクロンにする必要があ
る。第8図に示すように、ビーム32は点48で側面20の外
に出る。折曲げ相互間距離は約1mmである。従って、第
1ダイオードアレイ26の真正面の地点50は出口点48から
約500ミクロン離れている。そのためHRコーティング
は、ビームが大きな回折損を伴わずに外に出られるよう
に、正確に点50のところで終わるようにしなければなら
ない。
In order to remove the beam from the block, the beam must pass through non-reflective areas (eg, AR-coated areas) and glaze in highly reflective areas (HR-coated areas). In principle, the aperture must be approximately three times the 1 / e 2 beam diameter to avoid large diffraction losses. For example, for a TEMoo beam diameter of 300 microns, the nearest edge needs to be about 500 microns. As shown in FIG. 8, beam 32 exits side surface 20 at point 48. The distance between the bends is about 1 mm. Thus, point 50 directly in front of first diode array 26 is approximately 500 microns away from exit point 48. Therefore, the HR coating must end exactly at point 50 so that the beam can exit without significant diffraction losses.

コーティングの形成にはバーの端から端までの長さに
適合する精密マスクを使用する。このマスクは、ビーム
が大きな回折損を伴わずに出られるように切断エッジを
鋭くすべく、例えば2ミル(0.002インチ)と極めて薄
い。コーティングは通常の光学コーティングである。先
ず両側面をARコーティング、例えばHRコーティングの最
初の2つの層も構成する2つの層で被覆する。出口点が
ない側面は多重層(例えば20層)のHRコーティングで完
全に被覆し得る。次いでマスクを用いて残りの側面の中
央部分をHR層で被覆する。
The coating is formed using a precision mask that fits the length of the bar. The mask is very thin, eg, 2 mils (0.002 inches), to sharpen the cutting edge so that the beam can exit without significant diffraction losses. The coating is a conventional optical coating. First, both sides are coated with two layers that also make up the first two layers of the AR coating, for example the HR coating. Sides without exit points can be completely covered with multiple (eg, 20) HR coatings. Then, the center part of the remaining side surfaces is covered with an HR layer using a mask.

利得が高いために生じる潜在的問題の1つは、ダイオ
ードアレイからレーザ媒質ブロックを通って生じる、即
ちジグザグ折曲の間に生じる寄生発振にある。これを解
消する方法の1つは、ジグザグ折曲げ部が表面と接触す
る部分の表面コーティングには大きな反射性を与え、ダ
イオードアレイの真正面に位置する表面部分には共振を
生じない窓を形成すべくARコーティングだけを与えるよ
うに、ブロック表面を一連のHRストライプでコーティン
グすることからなる。第8図に示す点52(及び各折曲げ
の類似の点)はアレイ26の真正面に位置するため、ARコ
ーティングだけでHRコーティングはしないようにする。
この状態は、HRコーティングのストライプをビームが反
射する場所だけに形成し且つ点52にはHRコーティングを
形成しない(即ちARコーティングだけにする)ようなコ
ーティングマスクを用いて得ることができる(HRコーテ
ィングはまた、出口点では点50からやや離すようにす
る)。あるいは、表面全体をHRコーティングし、次いで
点52でHRコーティングのストライプを例えばレーザによ
り除去するようにしてもよい。更に別の方法として、同
一レーザブロックの通常は平行な対向側面を少しウエッ
ジする(wedge)方法もある。しかしながらこの方法で
は、ダイオードの不均一な間隔を補正する必要が生じ得
る。
One of the potential problems arising from the high gain is the parasitic oscillations that occur from the diode array through the laser medium block, ie during zigzag folding. One way to overcome this is to provide a highly reflective surface coating where the zigzag folds come into contact with the surface, and to create a non-resonant window in the surface portion directly in front of the diode array. It consists of coating the block surface with a series of HR stripes to give only the AR coating as much as possible. The point 52 shown in FIG. 8 (and the analogous point for each fold) is located directly in front of the array 26, so that only the AR coating is not the HR coating.
This condition can be obtained using a coating mask that forms stripes of the HR coating only where the beam reflects and does not form an HR coating at point 52 (ie, only an AR coating) (HR coating). Also, at the exit point, be slightly away from point 50). Alternatively, the entire surface may be HR coated, and at point 52 the stripes of the HR coating may be removed, for example, by a laser. Yet another alternative is to slightly wedge the normally parallel opposing sides of the same laser block. However, this method may need to compensate for the uneven spacing of the diodes.

本発明のレーザは、所望のTEMooモード体積にモード
調和することによって、高出力ダイオードバーポンプ源
により固体レーザを効果的にポンピングできるという利
点を有する。これらのレーザは極めて小型に製造するこ
とができ、且つ極めて高い性能特性を有する。本発明の
レーザはまた、極めて広い範囲に及び任意の固体レーザ
材料を使用し得る。特にNd:YAG及びNd:ガラスの2つは
他の用途でも広く使用されている良く知られた材料であ
る。一般的に、能動媒質は大きなスロープ効率と、広い
ポンプ帯域と、大きな熱伝導率とを有していなければな
らない。Nd:YAGレーザはIR内では1.06ミクロンで極めて
強い線を有し、0.946及び1.3ミクロンでは弱い線を有す
る。可視光線での操作の場合には、レーザ空胴に周波数
二倍器を付加し得る。この周波数二倍器は第1図に空胴
内素子36で表されており、夫々532nm、473n及び651nmを
発生させる。1.06ミクロンでは3バーポンプ(532nmで5
W)を用いることによって10Wの出力レベルを得ることが
できる。本発明のレーザはCW利得も極めて高く、例えば
各折曲げの利得が10〜20%であれば、全体で約7〜8の
利得を得ることができる。操作はCW式、又は空胴内Q−
スイッチの付加によるパルス式である。前記Q−スイッ
チも第1図に空胴内素子36として示されている。熱散逸
は、必要であれば、第5図に示すようなヒートシンク又
はその他の除熱手段38をブロック12の上及び下表面に配
置することによって制御し得る。本発明のレーザはま
た、利得が高いことから、Nd:ガラスのような吸収率の
より低いレーザ材料を使用することができる。この材料
は吸収線がNd:YAGより遥かに広いため、ペンチエ冷却器
をもたないレーザダイオードポンプ源の使用が可能であ
るという利点を有する。本発明はこれらの極めて有利な
結果を、一見不可能と思われる横長手方向(transverse
longitudinal)ポンピング、即ちレーザブロックに対し
て横断方向であり且つレーザ共振器に対して長手方向で
あるポンピングの実現によってもたらす。
The laser of the present invention has the advantage that it can effectively pump a solid state laser with a high power diode bar pump source by modulating the desired TEMoo mode volume. These lasers can be manufactured very small and have very high performance characteristics. The lasers of the present invention can also use any solid state laser material over a very wide range. In particular, Nd: YAG and Nd: glass are two well-known materials that are widely used in other applications. In general, the active medium must have a high slope efficiency, a wide pump bandwidth, and a high thermal conductivity. The Nd: YAG laser has very strong lines in the IR at 1.06 microns and weak lines at 0.946 and 1.3 microns. For operation with visible light, a frequency doubler can be added to the laser cavity. This frequency doubler is represented in FIG. 1 by an intracavity element 36, which generates 532 nm, 473n and 651 nm, respectively. 3 bar pump at 1.06 microns (5 at 532 nm)
By using W), an output level of 10 W can be obtained. The CW gain of the laser of the present invention is extremely high. For example, if the gain of each bending is 10 to 20%, a gain of about 7 to 8 can be obtained as a whole. Operation is CW type or Q-in cavity
It is a pulse type by adding a switch. The Q-switch is also shown in FIG. Heat dissipation may be controlled, if necessary, by placing heat sinks or other heat removal means 38 on the upper and lower surfaces of block 12, as shown in FIG. The laser of the present invention also allows the use of lower absorptivity laser materials, such as Nd: glass, due to the higher gain. This material has the advantage that the absorption line is much wider than Nd: YAG, allowing the use of a laser diode pump source without a pentier cooler. The present invention provides these extremely advantageous results in a transversely apparent (transversely longitudinal) direction.
longitudinal pumping, i.e. the pumping which is transverse to the laser block and longitudinal to the laser resonator.

尚、前述の特定具体例は特許請求の範囲によってのみ
限定される本発明の範囲内で様々に変形することができ
ると理解されたい。
It should be understood that the specific examples described above can be modified in various ways within the scope of the present invention, which is limited only by the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はダイオードバーにより横方向でポンピングされ
るモード調和形固体レーザの上方平面図、第2図は一対
のレーザダイオードバーにより横方向でポンピングされ
るモード調和形固体レーザの上方平面図、第3A図〜第3E
図は光ファイバコリメータから様々な距離をおいて配置
されたレーザダイオードバーの平行化状態を示す光束追
跡グラフ、第4図は光ファィバコリメータを備えたレー
ザダイオードの端面図、第5図は光ファィバコリメータ
付きレーザダイオードバーの端面図、第6図及び第7図
は光ファィバコリメータ付きレーザダイオードバーの2
つの具体例を示す斜視図、第8図は鋭角に折曲げたジグ
ザグ状の構造を有する固体レーザ空胴内のモード体積に
合わせて調和させた複数のダイオードアレイの上方平面
図である。 12……レーザ材料ブロック、14……高反射鏡、16……出
力結合鏡、18……ジグザグ部分、28……光ファイバ。
1 is a top plan view of a mode-harmonic solid-state laser that is laterally pumped by a diode bar; FIG. 2 is a top plan view of a mode-harmonic solid-state laser that is laterally pumped by a pair of laser diode bars; 3A to 3E
The figure shows a light beam tracking graph showing the parallelized state of laser diode bars arranged at various distances from the optical fiber collimator, FIG. 4 is an end view of a laser diode having an optical fiber collimator, and FIG. FIG. 6 and FIG. 7 are end views of a laser diode bar with an optical fiber collimator.
FIG. 8 is a perspective view showing one specific example, and FIG. 8 is a top plan view of a plurality of diode arrays matched to the mode volume in a solid-state laser cavity having a zigzag structure bent at an acute angle. 12 ... laser material block, 14 ... high reflection mirror, 16 ... output coupling mirror, 18 ... zigzag part, 28 ... optical fiber.

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ダイオードでポンピングされるモード調和
形固体レーザであって、 − 一対の対向側面をもつレーザ材料ブロックと、 − 前記対向側面の間で所定の折曲げ角度で鋭角に折曲
げられたジグザグ状の共振器部分を有するレーザ空胴を
前記ブロック内に規定すべく前記ブロックの周囲に配置
される空胴形成手段と、 − 共振器の前記ジグザグ部分と実質的に一直線になる
ように、前記対向側面のうち一方の側面の近傍に配置さ
れた複数のレーザダイオードポンピング源 とを含み、前記折曲げ角度がモード体積をポンプ源から
のポンプ放射線に実質的に調和させるように選択される
レーザ。
1. A diode-pumped mode-harmonic solid-state laser comprising: a laser material block having a pair of opposed sides; and an acute angle bent at a predetermined angle between said opposed sides. Cavity forming means disposed around the block to define a laser cavity having a zig-zag resonator portion in the block;-so as to be substantially aligned with the zig-zag portion of the resonator; A plurality of laser diode pumping sources disposed proximate one of the opposing sides, wherein the bending angle is selected to substantially match the modal volume to pump radiation from the pump source. .
【請求項2】空胴形成手段が高反射鏡と、部分的透過性
出力結合鏡と、前記対向側面の一部分にわたって形成さ
れた高反射コーティングとを含む請求項1に記載のレー
ザ。
2. The laser of claim 1 wherein the cavity forming means includes a highly reflective mirror, a partially transmissive output coupling mirror, and a highly reflective coating formed over a portion of the opposing sides.
【請求項3】レーザダイオードポンピング源が複数の別
個のレーザダイオードアレイを含むレーザダイオードバ
ーである請求項1に記載のレーザ。
3. The laser of claim 1, wherein the laser diode pumping source is a laser diode bar including a plurality of separate laser diode arrays.
【請求項4】円柱形コリメータ手段が光ファイバである
請求項1に記載のレーザ。
4. The laser according to claim 1, wherein said cylindrical collimator means is an optical fiber.
【請求項5】モード体積がTEMooである請求項1に記載
のレーザ。
5. The laser according to claim 1, wherein the mode volume is TEMoo.
【請求項6】レーザ材料がNd:YAGである請求項1に記載
のレーザ。
6. The laser according to claim 1, wherein the laser material is Nd: YAG.
【請求項7】空胴内に配置された周波数二倍器も含む請
求項1に記載のレーザ。
7. The laser of claim 1 further comprising a frequency doubler located in the cavity.
【請求項8】空胴内に配置されたQ−スイッチも含む請
求項1に記載のレーザ。
8. The laser of claim 1, further comprising a Q-switch located in the cavity.
【請求項9】ファイバをポンプ源から正確な距離をおい
て保持するための精密スペーサ手段も含む請求項1に記
載のレーザ。
9. The laser of claim 1 further including precision spacer means for holding the fiber at a precise distance from the pump source.
【請求項10】前記ブロックの幅が約5mmであり、モー
ド体積の直径が約300ミクロンであり、折曲げ角度が約
5゜である請求項1に記載のレーザ。
10. The laser of claim 1 wherein said block has a width of about 5 mm, a mode volume diameter of about 300 microns, and a bend angle of about 5 °.
【請求項11】ポンピング源が幅200ミクロンの1Wダイ
オードアレイを10個含む長さ1cmのレーザダイオードバ
ーである請求項9に記載のレーザ。
11. The laser of claim 9 wherein the pumping source is a 1 cm long laser diode bar containing ten 200 micron wide 1 W diode arrays.
【請求項12】複数のレーザダイオードポンピング源に
より固体レーザを効果的にポンピングする方法であっ
て、 − 2つの対向し合う側面をもつレーザ材料ブロックを
形成し、 − 前記対向側面の間で所定の折曲げ角度で鋭角に折曲
げられたジグザグ状の共振器部分をもつレーザ空胴を前
記ブロック内に形成し、 − 前記対向側面のうち一方の側面の近傍で前記共振器
ジグザグ部分とほぼ一直線になるようにポンピング源を
配置し、 − 前記折曲げ角度をモード体積がポンプ源からのポン
プ放射線と実質的に調和するように選択することからな
る方法。
12. A method for effectively pumping a solid state laser with a plurality of laser diode pumping sources, comprising: forming a block of laser material having two opposing sides; Forming in the block a laser cavity having a zig-zag resonator portion bent at an acute angle at the bending angle;-near the resonator zig-zag portion near one of the opposing side surfaces; Arranging the pumping source such that: the bending angle is selected such that the modal volume is substantially matched to the pump radiation from the pump source.
【請求項13】複数の別個のレーザダイオードアレイを
含むレーザダイオードバーからなるポンプ源を形成する
請求項12に記載の方法。
13. The method of claim 12, wherein the pump source comprises a laser diode bar including a plurality of separate laser diode arrays.
【請求項14】光ファイバによってポンプ放射線を平行
化する請求項12に記載の方法。
14. The method of claim 12, wherein the pump radiation is collimated by an optical fiber.
【請求項15】ポンプ放射線をTEMooモード体積に調和
させる請求項12に記載の方法。
15. The method of claim 12, wherein the pump radiation is matched to the TEMoo mode volume.
【請求項16】レーザ出力の周波数を二倍にする操作も
含む請求項12に記載の方法。
16. The method of claim 12, further comprising doubling the frequency of the laser output.
【請求項17】レーザのQ−スイッチングも含む請求項
12に記載の方法。
17. The method according to claim 17, further comprising Q-switching of the laser.
12. The method according to 12.
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